內(nèi)燃機(jī)余熱有機(jī)朗肯循環(huán)混合工質(zhì)可燃及熱力性能研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)作為能源的主要消耗設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)通過(guò)廢熱等形式散失了大量的熱量，開(kāi)展其余熱利用研究對(duì)于節(jié)能減排具有重要的意義。內(nèi)燃機(jī)排氣熱量多，品位高，對(duì)排氣熱量回收利用，可以提高內(nèi)燃機(jī)效率，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。有機(jī)朗肯循環(huán)是一種高效的余熱回收方式，但是，工質(zhì)的選擇對(duì)余熱回收的效果至關(guān)重要。目前，尚無(wú)高效、環(huán)保、安全的與內(nèi)燃機(jī)高溫排氣相匹配的純工質(zhì)。因此，本文研究將某些高效、環(huán)保但可燃的小分子碳?xì)涔べ|(zhì)與環(huán)保阻燃工質(zhì)CO2混合，針對(duì)該類(lèi)混

2、合工質(zhì)開(kāi)展可燃性及熱力性能研究，旨在獲得兼顧環(huán)保、安全與性能的高溫混合工質(zhì)。
　　本文基于臨界火焰溫度理論建立了小分子碳?xì)?CO2混合物的可燃極限預(yù)測(cè)模型對(duì)其可燃性進(jìn)行分析，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證?；谀Ｐ头治鼋Y(jié)果和相應(yīng)的工質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)，確定了混合工質(zhì)的安全配比范圍。以玉柴某型號(hào)大功率柴油機(jī)為研究對(duì)象，基于熱力學(xué)第一定律和第二定律，建立了跨臨界回?zé)嵫h(huán)來(lái)分析混合工質(zhì)在不同CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)下的熱力學(xué)性能，探索了混合工質(zhì)在不同系

3、統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)下的最優(yōu)混合比例。
　　研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)小分子碳?xì)?CO2混合物，所建立的可燃上限預(yù)測(cè)模型的誤差在5.6％以內(nèi)，可燃下限預(yù)測(cè)模型在2.4％以內(nèi)，模型簡(jiǎn)單且具有較高的精度。根據(jù)可燃性分析結(jié)果和相應(yīng)的工質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)，提出了丙烷/CO2、正丁烷/CO2、異丁烷/CO2和正戊烷/CO2四類(lèi)混合工質(zhì)，其中，CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于65％。通過(guò)分析CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)混合工質(zhì)循環(huán)性能的影響發(fā)現(xiàn)，在目前較低的運(yùn)行壓力下，混合工質(zhì)性

4、能隨CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低?；旌瞎べ|(zhì)都在渦輪進(jìn)口溫度為550K左右獲得最大凈輸出功。當(dāng)CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65％時(shí)，最大凈輸出功都在13.5kW以上。此時(shí)，四種混合工質(zhì)的熱效率都可達(dá)16％以上。對(duì)于跨臨界回?zé)嵫h(huán)和同一熱源，相比于CO2而言，要獲得相同的凈輸出功，使用混合工質(zhì)可以降低系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力達(dá)2MPa以上。特別的，混合工質(zhì)對(duì)中低溫?zé)嵩吹睦眯Ч膳cCO2對(duì)中高溫?zé)嵩吹睦眯Ч噫敲?。而且混合工質(zhì)可以有效解決CO2冷凝條